Temperaturüberwachung bei Trockentransformatoren: Sensorpositionen, Alarmeinstellungen und Kanalauswahl

Veröffentlichungsdatum:6. Oktober 2026, 15:02:06 Uhr

  • Sensorstandorte: Bringen Sie jeweils einen Pt100-Fühler im Luftkanal jeder Niederspannungswicklung (Phasen A, B und C) an, und zwar im oberen mittleren Bereich, wo sich üblicherweise der Heißpunkt bildet. Fügen Sie einen optionalen Kernkanal sowie einen Gehäuse- oder Umgebungskanal hinzu.
  • Alarmeinstellungen: Legen Sie diese anhand der Isolationsklasse fest. Typische Ausgangswerte für Klasse F sind: Lüfterstart bei 100–110 °C, Alarm bei 130 °C und Auslösung bei 150 °C. Für Klasse H lauten diese Werte 120–130 °C, 155 °C und 170–180 °C. Überprüfen Sie die Angaben stets anhand des Typenschilds.
  • Kanalauswahl: 3 Kanäle decken die drei Phasenwicklungen ab, 4 Kanäle umfassen zusätzlich den Kern, und 6 Kanäle bieten redundante Messfühler für kritische Einheiten. Verwenden Sie ein Mehrkanalgerät, wenn eine Schalttafel mehrere Transformatoren versorgt.
  • Sensortyp: Pt100-Fühler eignen sich für Standardgeräte in Trockenbauweise, während Glasfaserfühler für Gießharz- oder Hochlasttransformatoren geeignet sind, bei denen direkte Messungen an den Hotspots erforderlich sind.
  • Ergebnisse: Ein Monitor sollte über Lüfter-, Alarm- und Abschaltrelais sowie eine RS485-Modbus-Schnittstelle verfügen und Sensorfehler erkennen können.

Inhaltsverzeichnis

1. Einbauorte der Pt100-Sensoren in den Luftkanälen der Niederspannungswicklung

IB-Q201 Temperaturüberwachung und -regelung für Trockentransformatoren

Wo sich der Hotspot bildet

Bei einem Trockentransformator wird die Wärme durch Luft abgeführt, sodass sich der heißeste Punkt nicht an der Oberfläche, sondern im Inneren der Wicklung befindet. Bei den meisten Harzverguss- und VPI-Konstruktionen befindet sich der heißeste Punkt im oberer mittlerer Teil der LV-Wicklung, da sich die Kühlluft beim Aufsteigen durch den Kanal erwärmt. Der mittlere Abschnitt (B) ist oft am heißesten, da die angrenzenden Abschnitte den Luftstrom auf beiden Seiten einschränken.

Empfohlene Sondenpositionen

  • Eine Sonde pro Phase: Setzen Sie einen Pt100 in den Luftkanal zwischen den Niederspannungswicklungslagen der Phasen A, B und C ein.
  • Höhe: Halten Sie sich an die vom Hersteller markierte Position der Sensortasche oder des Kanals. Ist keine markiert, wählen Sie den oberen mittleren Bereich der Wickelhöhe.
  • Kontakt: Die Messspitze sollte die Oberfläche des Kanals berühren und nicht in der Luft hängen, da die Messwerte sonst hinter der tatsächlichen Temperatur zurückbleiben.
  • Behebung: Befestigen Sie das Messkabel mit einem nichtmetallischen Kabelbinder, damit es sich durch Vibrationen nicht verschiebt.

Referenz zur Sensorposition

Messpunkt Typische Position Zweck Priorität
Phase-A-Wicklung LV-Luftkanal, oberer mittlerer Bereich Alarm und Auslösung Hoch
Phase-B-Wicklung LV-Luftkanal, oberer mittlerer Bereich Alarm und Auslösung Hoch
Phase-C-Wicklung LV-Luftkanal, oberer mittlerer Bereich Alarm und Auslösung Hoch
Kern Oberes Joch oder Oberfläche des Kernbeins Erkennung einer Überhitzung des Kerns Mittel
Gehäuse / Umgebung Lufteinlass oder Raum in der Nähe des Geräts Angabe zur Kühlung Niedrig

2. Anordnung des Kerntemperaturfühlers und des Umgebungssensors im Gehäuse

Kernsonde

  • Warum sollte man den Kern überwachen: Eine Kerntemperatur, die unverhältnismäßig stark zur Belastung ansteigt, kann auf Kurzschlüsse in der Laminierung, einen Mehrfach-Erdschluss im Kern oder eine unzureichende Belüftung hindeuten.
  • Platzierung: Befestigen Sie einen Pt100-Oberflächenfühler mit hitzebeständigem Klebeband oder einer Klemme am oberen Joch oder an einem Kernschenkel, wobei er keinen direkten Kontakt mit der Wicklung haben darf.

Umgebungs- oder Gehäusesensor

  • Zweck: Es trennt einen heißen Raum von einem heißen Transformator. Wenn die Wicklungstemperatur und die Raumtemperatur gemeinsam ansteigen, liegt das Problem in der Belüftung und nicht beim Transformator.
  • Platzierung: Montieren Sie ihn in der Nähe des Kühllufteinlasses, geschützt vor direkter Strahlung der Wicklungen.

Verwendung der einzelnen Kanäle in der Logik

Kanal Wird zur Lüftersteuerung verwendet Wird für den Alarm verwendet Wird für die Reise verwendet
Wicklung A / B / C Ja (höchster Wert) Ja Ja
Kern Optional Ja (separater Sollwert) Normalerweise nicht
Ambient Nein Optional (Raumübertemperatur) Nein

3. Polyimid-Lichtleitersonde zur Erkennung von Hotspots in Gießharzwicklungen

Wann sollte man Glasfaser statt Pt100 wählen?

  • Direkte Hotspot-Messung: Eine Glasfasersonde kann zwischen den Wicklungsschichten eingebettet werden, sodass sie die Wicklung selbst und nicht die Luft im Kanal misst.
  • Hochspannungssicherheit: Da die Sonde dielektrisch ist, entsteht kein Entladungsweg, wenn sie an Hochspannungswicklungen angelegt wird.
  • Störfestigkeit gegenüber elektromagnetischen Störungen: Die Messwerte bleiben in starken Magnetfeldern stabil, in denen lange Pt100-Messleitungen Störsignale aufnehmen können. Das Prinzip wird erläutert in Glasfaser-Temperaturmessung in Transformatoren.
  • Aufbau der Sonde: a Temperatursensor aus Polyimid-Lichtleitfaser verträgt die Aushärtungstemperatur von Gießharz und eignet sich für die Einbettung während der Herstellung.

Vergleich zwischen Pt100 und Lichtleitern

Artikel Pt100-Fühler Glasfasersonde
Typische Installation Luftkanal, nachträglicher Einbau möglich Bei der Herstellung in die Wicklung eingebettet
Was dort steht Kanal- oder Oberflächentemperatur Wickel-Hotspot
Typische Genauigkeit ±0,5 °C bis ±1 °C (System) ±1 °C
Störfestigkeit gegen elektromagnetische Störungen Mäßig (Abschirmung erforderlich) Hervorragend
Kosten Niedrig Höher
Optimale Passform Standard-Handelseinheiten Kritische, hochbelastete oder Hochspannungsgeräte

4. Funktionen des Temperaturreglers: Lüfter-, Alarm-, Abschalt- und Fehlerrelais

Erforderliche Funktionen

  • Lüftersteuerrelais: startet und stoppt die Lüfter ab der höchsten Wicklungstemperatur, wobei eine Hysterese zum Einsatz kommt, um ein Ruckeln zu verhindern.
  • Alarmrelais: ein potentialfreier Kontakt für die Alarmzentrale oder den SCADA-Eingang.
  • Auslöse-Relais: ein separater Kontakt, der mit dem Schutzkreis des vorgeschalteten Leistungsschalters verdrahtet ist.
  • Ausgang bei Sensorfehler: Erkennt offene oder kurzgeschlossene Sonden, sodass ein Drahtbruch nicht als normale Temperatur gemessen wird.
  • Anzeige: zeigt die Werte jeder Phase an, mit einer Maximalwert-Haltefunktion und einem Kanal-Scan-Modus.

Controller-Optionen

Regler für den Schalttafeleinbau

Eine Einheit wie die IB-S201 Temperaturüberwachungs- und -regelgerät für Trockentransformatoren vereint Dreiphaseneingänge, Lüftersteuerung, Alarm- und Abschaltrelais sowie einen RS485-Anschluss in einem Gerät, das für handelsübliche Trockenaggregate für den Innenbereich geeignet ist.

Integrierte intelligente Monitore

Wenn für das Projekt zudem Daten zu Last, Oberschwingungen oder Gehäuse benötigt werden, ist ein intelligentes Überwachungsgerät oder ein komplettes Online-Zustandsüberwachungssystem für Trockentransformatoren kann diese auf einer einzigen Plattform zusammenführen.

Referenz zu den Controller-Parametern

Artikel Typischer Wert
Eingabetyp Pt100, 3-Leiter
Messbereich 0–200 °C (oder größer)
Bildschirmauflösung 1 °C oder 0,1 °C
Relaisausgänge Lüfter, Alarm, Abschaltung, Störung
Belastbarkeit des Relaiskontakts 250 V Wechselstrom / 5 A (siehe Datenblatt)
Kommunikation RS485 Modbus RTU
Hilfsversorgung 220 V Wechselstrom oder 24–110 V Gleichstrom

5. Alarmeinstellungen nach Isolationsklasse: Sollwerte für die Klassen B, F und H

Angabe zur Isolationsklasse

Isolationsklasse Maximale Wicklungstemperatur Durchschnittlicher Wicklungsanstieg (IEC 60076-11)
Klasse B 130 °C 80 K
Klasse F 155 °C 100 K
Klasse H 180 °C 125 K

Typische Start-Sollwerte

Isolationsklasse Lüfter starten Lüfter-Stopp Alarm Reise
Klasse B 80–90 °C 70–80 °C 110–120 °C 130 °C
Klasse F 100–110 °C 90–100 °C 130 °C 150 °C
Klasse H 120–130 °C 110–120 °C 155 °C 170–180 °C

Regeln festlegen

  • Zuerst das Typenschild: Diese Werte dienen als Anhaltspunkte. Als maßgebliche Grundlage gelten das Typenschild und die Bedienungsanleitung des Herstellers.
  • Hysterese: Stellen Sie den Abschaltpunkt des Lüfters auf etwa 10 °C unterhalb des Einschaltpunkts ein, damit die Lüfter nicht zu schnell ein- und ausschalten.
  • Alarmspanne: Halten Sie den Alarmwert 15–25 °C unterhalb des Auslösepunkts, damit das Bedienpersonal Zeit hat, die Last zu reduzieren.
  • Auslenkung unterhalb der Grenzklasse: Halten Sie den Auslösewert auf oder unter dem Höchstwert der Isolationsklasse. Die Belastungs- und Alterungsgrenzen sind beschrieben in Grenzwerte und Nennwerte für den Temperaturanstieg von Transformatoren.
  • Kern- und Umgebungsalarme: Stellen Sie den Kernalarm gemäß dem Werksprüfbericht ein und legen Sie einen Umgebungstemperaturalarm nahe dem Auslegungsgrenzwert des Raums fest (beispielsweise 40 °C).
  • Änderungsprotokoll: Jede Änderung der Sollwerte mit Datum, Grund und Genehmiger protokollieren.

6. Kanalauswahl: 3-Kanal-, 4-Kanal- und 6-Kanal-Monitore

So wählen Sie die Anzahl der Kanäle aus

  • 3 Kanäle: das Minimum für ein dreiphasiges Gerät, mit je einer Sonde an jeder Niederspannungswicklung.
  • 4 Kanäle: drei Wicklungen plus der Kern, was für die meisten gewerblichen und industriellen Anlagen geeignet ist.
  • 6 Kanäle: drei Wicklungen mit redundanten Messfühler oder Wicklungen plus Kern-, Umgebungs- und lüfterseitige Messpunkte, was sich für kritische Anlagen eignet.
  • 8 oder mehr Kanäle: ein Schaltfeld, das mehrere Transformatoren im selben Raum oder sowohl Hochspannungs- als auch Niederspannungswicklungen überwacht.

Kanalauswahlmatrix

Anwendung Empfohlene Kanäle Anordnung der Sonden Ausgabe
Kleine Gewerbeimmobilie 3 A-, B- und C-Wicklungen Relais, RS485
Industrieanlagenkomponente 4 A-, B- und C-Wicklungen sowie Kern Relais, RS485
Kritische Einrichtung (Krankenhaus, Rechenzentrum) 6 A-, B- und C-Wicklungen mit Ersatzsonden Relais, RS485, SCADA
Zwei oder drei Geräte in einem Raum 9–12 3 Wicklungen pro Transformator RS485, SCADA
Großes Umspannwerk oder Tunnel 16–64 (Glasfaser) Mehrere Transformatoren an einem Demodulator Modbus TCP, IEC 104

Planung von Ersatzkanälen

  • Halten Sie pro Transformator mindestens einen Reservekanal frei, da die Messsonden die häufigste Fehlerquelle im System darstellen.
  • Legen Sie die Sensorbezeichnungen (T1-A, T1-B, T1-C) vor der Verkabelung fest, damit die Kanalbezeichnungen mit den SCADA-Tags übereinstimmen.

7. Anzahl der Kanäle des Glasfaser-Temperaturmoduls und des Demodulators

Temperaturüberwachung bei Trockentransformatoren

Auswahl eines Moduls

  • Dreiphasen-Einheit: ein IF-G3 3-Kanal-Glasfaser-Temperaturmessmodul umfasst die drei Wicklungen eines Transformators.
  • Redundante oder Mehrpunktgeräte: Ein 6-Kanal-Fluoreszenz-Demodulator unterstützt zwei Sonden pro Phase bzw. Wicklungs- und Kernpunkte.
  • Mehrere Transformatoren: Ein Mehrkanalsystem mit bis zu 64 Kanälen kommt mit einem einzigen Schrank für einen ganzen Transformatorraum aus.

Referenz zum Glasfasersystem

Artikel Typischer Wert
Messbereich -40 °C bis 200 °C
Genauigkeit ±1 °C
Reaktionszeit ≤ 1 s
Kanäle 1, 3, 6 oder bis zu 64
Ergebnisse RS485 Modbus RTU, 4–20 mA, Relais
Länge der Messleitung Maßgefertigt, mit Verlängerungskabel erweiterbar

Auswahlkriterien

  • Messen Sie vor der Bestellung die Kabellänge vom Wicklungsausgang bis zum Demodulator und fügen Sie bei Bedarf ein Verlängerungskabel hinzu.
  • Halten Sie den Mindestbiegeradius der Faser ein, da enge Biegungen zu Signalverlusten führen.
  • Eingebettete Sonden können nach dem Aushärten des Harzes nicht mehr ausgetauscht werden. Bestellen Sie daher bereits in der Planungsphase Ersatzkanäle und -sonden.

8. RS485-Modbus-Ausgang, Gateway und Fernanzeige

Typische Datenpunkte über Modbus RTU

Datenpunkt Typ Verwendung
Wicklungstemperatur A / B / C Analogwert Trend und Alarm
Kerntemperatur und Umgebungstemperatur Analogwert Trend und Diagnose
Lüfter, Alarm, Auslösestatus Statusbit Ereignisprotokoll
Fehlerkennungen für Sensoren Statusbit Datenqualität
Sollwerte Wert lesen / schreiben Fernkonfiguration

Kommunikationsregeln

  • Kabel: geschirmtes Twisted-Pair-Kabel mit einer Gesamtlänge von bis zu etwa 1200 m bei 9600 bps.
  • Anrede: Weisen Sie jedem Controller eine eindeutige Modbus-Adresse sowie dieselbe Baudrate und Parität zu.
  • Kündigung: Schließen Sie am anderen Ende des Busses einen Abschlusswiderstand von 120 Ω an.
  • Unabhängigkeit: Lüfter-, Alarm- und Abschaltrelais müssen auch dann weiter funktionieren, wenn RS485 oder das Gateway ausfällt.
  • Fernanzeige: Verwenden Sie ein separates Display oder eine HMI, wenn das Bedienpersonal Temperaturen außerhalb des Transformatorraums ablesen muss.

9. Regeln für die Verdrahtung, Abschirmung und Verlegung von Pt100-Kabeln

Verkabelungsregeln

  • Dreileiteranschluss: hebt den Leitungswiderstand auf, der andernfalls bei langen Leitungsstrecken zu Fehlern führen würde.
  • Abgeschirmtes Kabel: Erden Sie die Abschirmung nur auf der Seite des Reglers, um Erdschleifen zu vermeiden.
  • Trennung: Halten Sie die Sensorkabel von Stromkabeln und Hochspannungsanschlüssen fern. Kreuzen Sie sie im rechten Winkel, wenn dies unvermeidbar ist.
  • Hitzebeständige Leitungen: Verwenden Sie im Wicklungsbereich Kabel mit PTFE- oder Silikonisolierung.
  • Zugentlastung: Befestigen Sie das Kabel in der Nähe der Sonde, damit sich der Sensor beim Ziehen am Kabel nicht verschiebt.

Häufige Fehler bei der Verkabelung

Symptom Mögliche Ursache Überprüfen
Die Messwerte schwanken oder weisen Störungen auf Abschirmung nicht geerdet oder Kabel in der Nähe von Stromleitungen Abschirmung, Masse und Leiterführung
Der Messwert liegt um einen festen Wert zu hoch. Zweidrahtanschluss oder Leitungswiderstand Anschlussart und Klemmen
Anzeige zeigt Maximalwert oder Überbereich an Offene Sonde oder lose Klemme Durchgangsprüfung
Der Messwert liegt bei einem Minimum oder bei Null Kurzschluss an einer Sonde oder einem Kabel Isolierung und Widerstand
Das Lesen hinkt dem Laden hinterher Die Sonde hat keinen Kontakt zur Oberfläche des Kanals Sondenposition

10. Inbetriebnahme- und Kalibrierungsprüfungen für Temperaturwächter

Vor dem Einschalten

  • Vergewissern Sie sich, dass sich jede Sonde in der richtigen Phase befindet, und ordnen Sie die Kanalbezeichnung der jeweiligen Wicklung zu.
  • Messen Sie den Widerstand des Pt100 bei Raumtemperatur. Er sollte bei 25 °C bei etwa 109–110 Ω liegen.
  • Vergleichen Sie die Hilfsversorgungsspannung mit den Nennwerten des Reglers.
  • Geben Sie die Sollwerte aus dem Typenschild und die Isolationsklasse ein.

Tabelle für Funktionstests

Test Verfahren Bestehenskriterium
Kanalgenauigkeit Verwenden Sie einen Pt100-Simulator oder ein Referenzthermometer Im Rahmen der Gerätegenauigkeit
Lüfterrelais Temperaturen für das Ein- und Ausschalten des Lüfters simulieren Die Ventilatoren starten und stoppen an festgelegten Punkten
Alarmrelais Die Alarmtemperatur simulieren Der Alarmkontakt schließt, auf dem Bedienfeld wird ein Alarm angezeigt
Auslöse-Relais Simulieren Sie die Auslösetemperatur, wobei sich der Leistungsschalter in der Testposition befindet Der Auslösekontakt betätigt den Leistungsschalterkreis
Sensorfehler Eine Sonde abklemmen und kurzschließen Fehlerflag und Warnmeldung anzeigen
Kommunikation Register aus SCADA auslesen Die Werte entsprechen der lokalen Anzeige

Nach der Inbetriebnahme

  • Erfassen Sie die Wicklungstemperatur bei den Lasten 50%, 75% und 100% als Referenzwerte.
  • Überprüfen Sie die Sensoren und Relaiskontakte einmal jährlich erneut und kalibrieren Sie sie neu, falls eine Abweichung festgestellt wird.
  • Überprüfen Sie nach jeder Überlastung oder jedem Ausfall der Belüftung das Protokoll der Höchsttemperaturen.
  • Weitere Hinweise zu Trockenanlagen finden Sie unter Anwendungen zur Temperaturüberwachung von Trockentransformatoren.

11. FAQ: Fragen zur Temperaturüberwachung von Trockentransformatoren

Wo sollten Temperatursensoren an einem Trockentransformator angebracht werden?

Bringen Sie in jedem Niederspannungswicklungskanal einen Pt100-Fühler im oberen mittleren Bereich an, wo sich in der Regel der Heißpunkt bildet. Bringen Sie bei Bedarf einen Kernfühler am Joch oder an einem Schenkel sowie einen Umgebungssensor in der Nähe des Kühllufteinlasses an.

Wie viele Temperaturkanäle benötige ich?

Für ein dreiphasiges Gerät sind mindestens drei Kanäle erforderlich. Verwenden Sie vier Kanäle, um den Kern einzubeziehen, und sechs Kanäle für redundante Messfühler an kritischen Transformatoren. Verwenden Sie ein Mehrkanalgerät, wenn eine Schalttafel mehrere Transformatoren versorgt.

Welche Alarm- und Auslösetemperaturen sollte ich einstellen?

Dies hängt von der Isolationsklasse ab. Bei Geräten der Klasse F wird üblicherweise ein Alarm bei etwa 130 °C und eine Abschaltung bei etwa 150 °C ausgelöst, während bei Geräten der Klasse H die Werte bei etwa 155 °C bzw. 170–180 °C liegen. Überprüfen Sie alle Werte anhand des Typenschilds und der Herstelleranleitung.

Warum wird bei der mittleren Phase oft ein höherer Wert angezeigt?

Die mittlere Phase ist von den beiden anderen Wicklungen umgeben, was den Kühlluftstrom einschränkt und zu einer zusätzlichen Wärmeentwicklung von beiden Seiten führt. Aus diesem Grund richten Regler die Lüftersteuerung in der Regel nach dem höchsten der drei Phasenwerte aus.

Was eignet sich besser für Trockentransformatoren: ein Pt100- oder ein Glasfasersensor?

Pt100-Fühler sind kostengünstig und für Standardgeräte geeignet; sie lassen sich zudem nachträglich in Luftkanäle einbauen. Glasfaserfühler eignen sich besser für kritische, hochspannungsbehaftete oder stark belastete Geräte, da sie den Hotspot der Wicklung direkt erfassen und unempfindlich gegenüber elektromagnetischen Störungen sind.

Kann ich bei einem bereits in Betrieb befindlichen Transformator eine Temperaturüberwachung nachrüsten?

Ja. Pt100-Fühler können in der Regel während eines kurzen Stillstands in die Luftkanäle der Wicklung und an der Kernoberfläche angebracht werden. In die Wicklung eingebettete Glasfaserfühler werden normalerweise bereits während der Herstellung installiert.

Warum schalten sich die Ventilatoren ständig ein und aus?

Die Start- und Stoppwerte des Lüfters liegen wahrscheinlich zu nahe beieinander. Stellen Sie die Stopptemperatur etwa 10 °C unterhalb der Starttemperatur ein und verwenden Sie den höchsten Phasenwert zur Regelung.

Sollte die Auslösung des Relais durch die Steuerung vom SCADA-System abhängen?

Nein. Lüfter-, Alarm- und Abschaltrelais müssen innerhalb des Reglers arbeiten, unabhängig von RS485, dem Gateway oder dem Netzwerk. Das SCADA-System sollte die Daten ausschließlich zur Überwachung und Trendanalyse empfangen.

Wie erhalte ich eine empfohlene Kanalkonfiguration für meine Transformatoren?

Legen Sie die Nennleistung des Transformators, die Isolationsklasse, die Anzahl der Einheiten, die Spannungsebene und Ihre Kommunikationsanforderungen fest, dann Leiten Sie diese an das Entwicklerteam weiter für ein aufeinander abgestimmtes Sensor- und Reglersystem.